JP5702721B2 - Device for mounting the frame holder arm on the afterburner casing - Google Patents
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Description
本発明の分野は、バイパスターボジェット、より詳細には、バイパスターボジェットのアフターバーナ装置である。 The field of the invention is bypass turbojets, and more particularly afterburner devices for bypass turbojets.
図1に示されるタイプの後続部分を有するアフターバーナ付きバイパスターボジェットでは、空気流はまず低圧圧縮機によって吸引される。この空気流の第1の部分は、低圧圧縮機を出ると、高圧圧縮機に送り込まれ、それと同時に、第2の部分は外側環状ハウジング2と第1の内側環状ハウジング3との間に画定される第1の通路1に入る。高圧圧縮機によって圧縮された空気流は、燃焼チャンバに送り込まれ、燃焼チャンバは燃焼ガスを高圧タービンその次に低圧タービンに供給し、低圧タービンの出口は、第1の内側環状ハウジング3(または合流シート)と第2の内側環状ハウジング5(または排気コーン)との間に画定される第2の通路4を通過する。
In a bypass turbojet with an afterburner having a trailing part of the type shown in FIG. 1, the air flow is first sucked by a low-pressure compressor. A first portion of this air flow exits the low pressure compressor and is fed into the high pressure compressor, while a second portion is defined between the outer
第2の通路4に送り込まれる燃焼ガスは、高温であり、いわゆる主流(または高温流)を構成する。第1の通路1に送り込まれる空気は、主流の温度よりもかなり低い温度であり、いわゆるバイパス流(または低温流)を構成する。 The combustion gas fed into the second passage 4 has a high temperature and constitutes a so-called main flow (or high-temperature flow). The air fed into the first passage 1 has a temperature that is considerably lower than the temperature of the main flow, and constitutes a so-called bypass flow (or low-temperature flow).
タービン出口の下流側では、アフターバーナチャネルにおける燃焼と共に、主流およびバイパス流に追加の燃料を噴射することで推力を増大させることができる。このシステムは、主に、フレームホルダアームと呼ばれる1組のアーム7と、スプレーリング6とを備える。スプレーリング6は、アーム7によって支持され、合流シート3の近くでバイパス流内に配置される。
On the downstream side of the turbine outlet, thrust can be increased by injecting additional fuel into the main and bypass streams along with combustion in the afterburner channel. This system mainly comprises a set of
噴射の一部は、スプレーリング6を用いて行われ、このスプレーリング6によって、燃料の一部を均一に噴射して、炎を安定化させることができる。
Part of the injection is performed using the
さらに、各アームは、アフターバーナの燃料の他の部分を主流に噴射する燃料噴射器を含む。 In addition, each arm includes a fuel injector that injects another portion of the afterburner fuel into the mainstream.
また、アームには、一方では主流によって通過されるアームの金属壁、他方では噴射器を、低温流から直接生じる空気で冷却する働きをする通気管が取り付けられる。 The arm is also fitted with a vent tube that serves to cool the metal wall of the arm that is passed by the main flow on the one hand and the air directly from the cold flow on the other hand.
噴射器管アセンブリは、それ自体が別の金属部分の熱シールドによって炎の放射から保護される。 The injector tube assembly itself is protected from flame radiation by a heat shield of another metal part.
先行技術では、アーム7は、最初は、金属製の鋳造物であった。この構造には、アームが確実に冷却されるようにしなければならないという欠点があった。最近の実装形態では、アームは、より軽量で、より高温に強いという利点を有するセラミックマトリックス複合材料(CMC)製の部品に取り替えられた。この場合、金属システムには必要とされる通気システムを省くことができる。
In the prior art, the
その一方で、これらの材料は、これらが取り付けられるエンジンハウジングを構成する材料とはかなり異なる熱膨張特性を有する。したがって、アーム7がエンジンの構造物、特に、外側ハウジング2に取り付けられる方法において、これらの膨張差の影響を考慮する必要がある。
On the other hand, these materials have significantly different thermal expansion properties than the materials that make up the engine housing to which they are attached. Therefore, in the method in which the
アーム7が金属製または複合材料製に関わらず、アーム7を取り付けるための複数の装置が提案されてきた。これらの装置は、仏国特許第2699226号明細書、仏国特許第2699227号明細書、あるいは米国特許第5,103,638号明細書、英国特許第2295214号明細書、米国特許第5,022,805号明細書または米国特許第5,090,198号明細書の文献に記載されている。
Regardless of whether the
本出願人による仏国特許第2865502号明細書は、その一部として、高温に耐えるために複合材料(セラミックマトリックス複合材料、もしくはCMC)製で、外側ハウジング2に直接取り付けられる一体型フレームホルダアーム7を記述している。このアームは、底部はスロート部によって互いに連結される2枚の壁の形状で、上部は低温流に対して開口する凹部と2つの湾曲フランジとを有する。取り付けは、ハウジングにボルトで留められるこれらの2つのフランジによって行われる。取り付けには、アームの製造時に、アームを適切な形状にするのに複合材料の繊維を折り曲げることが必要である。上述したように、複合材料製のこれらのフランジは、ハウジングの金属と同じ膨張率を持たない。その結果、1つに、高温のときに、CMCアームと金属ハウジングとの大きな膨張差が2つの部品間の気密性の損失を生じる場合があり、一方では、CMCアームのハウジングへの取り付けがアームのフランジに応力を発生させる。さらに、これらの応力の結果は、CMC繊維の折り曲げにより、この領域におけるフランジの脆弱性によって増幅される。これらの応力は、アームの耐用年数にとって明らかに不利である。
French Patent No. 2865502 by the present applicant, as part of it, is an integral frame holder arm made of a composite material (ceramic matrix composite material or CMC) to withstand high temperatures and attached directly to the
本出願人による欧州特許第1803999号明細書は、アームとハウジングとの間に金属アーム支持体を間置することによって、つまり、アームを支持体に取り付け、支持体を外側ハウジング2に取り付けることによって、上述したような応力による問題を解決する解決策を提案したものである。しかしながら、支持体の側方ラグ(ハウジングとの接合面の支持体の上部プレートにろう付けされる)は、かなりの熱応力およびかなりの空気力を受ける。したがって、この構造でのアームの耐用年数は、ろう付け接合部において支持体にかなりの負担がかかるために、依然として不十分である。
European Patent No. 1803999 by the present applicant states that by interposing a metal arm support between the arm and the housing, i.e. by attaching the arm to the support and attaching the support to the
本発明の目的は、より高い機械的強度を有するフレームホルダアームを提案することによって、この状況を改善することである。 The object of the present invention is to remedy this situation by proposing a frame holder arm with higher mechanical strength.
したがって、本発明の主題は、バイパスターボジェットのアフターバーナ用のフレームホルダ装置にして、前記ターボジェットは、主流の通路を画定する第1の内側環状ハウジングおよび第2の内側環状ハウジングと、前記第1の内側環状ハウジングと共にバイパス流の通路を画定する外側環状ハウジングとを備え、フレームホルダ装置は、金属製で上部プレートによって前記外側ハウジングに取り付けられるように設計された少なくとも1つのアーム支持体と、略V字型形状のスロート部を画定するように配置される2枚の互いに連結される壁を備える複合材料製の一体構造物からなる少なくとも1つのフレームホルダアームとを備え、前記壁はバイパス流内に位置する上部で前記アーム支持体への取付手段を支持するフレームホルダ装置であって、前記上部は平面で、対向して位置決めされることを特徴とするフレームホルダ装置である。 Accordingly, the subject of the present invention is a frame holder device for an afterburner of a bypass turbojet, wherein the turbojet includes a first inner annular housing and a second inner annular housing defining a main flow passage, and the first An outer annular housing defining a bypass flow passage with one inner annular housing, the frame holder device being made of metal and designed to be attached to the outer housing by an upper plate; At least one frame holder arm made of a composite material comprising two interconnected walls arranged so as to define a generally V-shaped throat portion, said wall comprising a bypass flow A frame holder device for supporting the mounting means to the arm support at the upper part located inside There, the upper is planar, the frame holder apparatus characterized by being positioned opposite.
繊維の折り曲げ部を省くことで、フレームホルダアームの耐用年数を大幅に改善する。 By eliminating the fiber bend, the service life of the frame holder arm is greatly improved.
特定の実施形態によれば:
前記取付手段は前記上部に作られた穿孔と接続するボルトであり、前記ボルトの頭部とボルトの頭部が前記上部を支承する支承面との間に弾性ワッシャが位置決めされて、複合材料の膨張と金属の膨張との膨張差に関係なく、気密を維持できるようにする、
アーム支持体は、内部がそれぞれ外側ハウジングの方向に向かって上部プレートからくり抜かれた上部キャビティへと通じる中空キャビティからなる2つの側方ストラットを備え、これらのキャビティは、アフターバーナの気化の調節に役立つ効果を有する、
ボスは、アームをアーム支持体に取り付けるためのボルトがストラット内のキャビティに確実に気密貫通できるようにする、
空気を前記キャビティに供給するために、各々のストラットの底部に圧力タップ孔が開けられ、空気を排気するオリフィスは外側ハウジングの前記装置の上部に配置される、
圧力タップ孔には、フレームホルダアームの外側とアーム支持体との間の空気通路を封止するように設計されたリングが取り付けられる、
壁の上部は、組立後に支持体のストラットの底部に開けられた圧力タップ孔に対向して位置決めされる孔を備える、
上部プレートは、燃料噴射器の通路のための穿孔を備える、
噴射器は、外側ハウジングに取り付けられ、通気管に取り付けられる案内シューによって底部に案内され、通気管自体はアーム支持体の回転接続部によって上部で接続される、
アーム支持体は、中間プレートと底部プレートとを備え、これらのプレートは共にアフターバーナシステムのスプレーリングを支持することができる、
底部プレートは、底部プレートの全表面積の25%未満の支承面によって前記スプレーリングの内面を支持する、
底部プレートは、噴射器用の通路孔と、通気管とアーム支持体との間の回転接続部を画定する円筒状通路孔とを備える、
一方では側方ストラット、他方では上部がアーム支持体の対称面に対して互いに分岐している、
分岐角は7°未満である、この分岐角は、支持体に対するアームの相対位置決めにより生じる軸方向隙間を抑える効果がある、
ボスは、ストラットの座ぐりがアームの上部に作られた穿孔と対向できるように十分な材料を有するように長円形である。
According to certain embodiments:
The mounting means is a bolt connected to a perforation made in the upper part, and an elastic washer is positioned between the head of the bolt and a bearing surface on which the head of the bolt supports the upper part, so that the composite material is Regardless of the expansion difference between expansion and metal expansion, so that airtightness can be maintained,
The arm support comprises two lateral struts consisting of hollow cavities, each of which leads to an upper cavity that is hollowed out of the upper plate towards the outer housing, these cavities helping to regulate the evaporation of the afterburner Have an effect,
The boss ensures that the bolt for attaching the arm to the arm support can penetrate hermetically through the cavity in the strut,
In order to supply air to the cavity, a pressure tap is drilled in the bottom of each strut and an orifice for exhausting air is located at the top of the device in the outer housing.
A ring designed to seal the air passage between the outside of the frame holder arm and the arm support is attached to the pressure tap hole.
The top of the wall comprises a hole positioned opposite the pressure tap hole opened in the bottom of the support strut after assembly,
The top plate comprises perforations for the fuel injector passages,
The injector is attached to the outer housing and guided to the bottom by a guide shoe attached to the vent tube, which itself is connected at the top by a rotational connection of the arm support.
The arm support comprises an intermediate plate and a bottom plate, both of which can support the spray ring of the afterburner system,
The bottom plate supports the inner surface of the spray ring by a bearing surface that is less than 25% of the total surface area of the bottom plate.
The bottom plate comprises a passage hole for the injector and a cylindrical passage hole that defines a rotational connection between the vent tube and the arm support.
On the one hand side struts, on the other hand the upper part branches off with respect to the plane of symmetry of the arm support,
The branching angle is less than 7 °, and this branching angle has an effect of suppressing an axial gap caused by relative positioning of the arm with respect to the support.
The boss is oval so that it has enough material to allow the struts to counter the perforations made in the top of the arm.
本発明はさらに、そのようなフレームホルダ装置を備えるアフターバーナを有するバイパスターボジェットの後続部分を特許請求する。最後に、本発明は、そのような後続部分を備えるアフターバーナ付きバイパスターボジェットを特許請求する。 The present invention further claims a subsequent portion of a bypass turbojet having an afterburner with such a frame holder device. Finally, the present invention claims an afterburner bypass turbojet with such a subsequent portion.
添付の概略図を参照して、単なる例としてまた非限定的な実施例として挙げられた本発明の複数の実施形態の以下の詳細な説明の中で、本発明はより十分に理解され、本発明の他の目的、詳細、特徴、利点がより明らかになるであろう。 In the following detailed description of several embodiments of the present invention, given by way of example only and non-limiting examples, with reference to the accompanying schematic drawings, the present invention will be more fully understood and Other objects, details, features and advantages of the invention will become more apparent.
以下の本文では、用語「外側」および「内側」は、空気流を基準にして使用され、外側はエンジンの外部、内側は対称軸に関係している。 In the text below, the terms “outside” and “inside” are used with reference to airflow, with the outside relating to the outside of the engine and the inside to the axis of symmetry.
図2、図3について説明する。図2、図3は、穴10に貫通する4個のねじナットシステムまたはねじナットの組またはねじナット列(図示せず)を使用して、外側ハウジング2に取り付けられるように設計された上部プレート9を備えるアーム支持体8を示す。上部プレート9はさらに、燃料噴射器が通る穿孔11と、図6に示されるように、噴射器の頭部を取り付けるように設計された、平頭ねじと呼ばれるねじの頭部を収容するための2つの孔12とを備える。
2 and 3 will be described. 2 and 3 are top plates designed to be attached to the
上部プレート9から伸びるのは、2つの側方ストラット14a、14bであり、ここで示されるのは、この形状は必須ではないが、90°回転したT字の形状で、T字の上の枝部は上部プレート9から出て、その他端では、底部プレート16を支持する2つ枝部15a、15bを支持する働きをしている。底部プレートはさらに、管の自由運動を可能にする回転接続部を介してそれぞれ燃料噴射器および通気管を通す2つの穿孔17、18を備える。側方ストラット14a、14bの各々のT字の中央の枝部に、中間プレート20が取り付けられる。中間プレート20は、底部プレート16と共に、スプレーリング6を支持する働きをするように設計される。したがって、中間プレート20は、スプレーリング6の外側部を取り付けるための手段(図示せず)を通す穿孔21を備え、底部プレート16は、スプレーリング6の内側部を取り付けるための手段(図示せず)を通す穿孔22を備える。底部プレート16はさらに、2つの支承面23a、23bを備える。支承面23a、23bは、穿孔22の上部と共に、スプレーリング6の内側部が載置される支承面を形成する。スプレーリング6(スプレーリング6の内側部は高温流内に位置する)からアーム支持体8への熱伝達を抑えるために、スプレーリングと底部プレート16との間の接触面積はできる限り低減され、その結果、支承面23a、23bの面積および穿孔22の面積は、底部プレート16の面積の最大でも25%である。
Extending from the
続けて図2、図3について説明する。2つの側方ストラット14a、14bでは、その各々の内側は、外側ハウジングに向かって上部プレート9のくり抜かれた上部キャビティ25へと通じる中空キャビティ24a、24bからなる。空気をこのキャビティに供給するために、圧力タップ孔26がストラットの各々の底部に開けられる。したがって、空気はキャビティ24、25内を流れ、その後、外側ハウジング2を通ってフレームホルダ装置の外側に排気される。2つの圧力タップ孔26a、26bには、図2、図3に示された特定の実施形態では、フレームホルダアーム7の外側とアーム支持体8との間の空気通路を封止するために、フレームホルダアーム7を通すように設計されたリング27が取り付けられる。このリングは、対応するストラットの内面に封止するように載置され、アーム7のストラット14をその全厚さにわたって貫通するブッシュの形状である。キャビティ24内部のリング27の部分は、その周囲に、低温流からの空気が前記キャビティ内を通ることができるように孔を備える。
Next, FIG. 2 and FIG. 3 will be described. In each of the two
各々のキャビティ内には、2つの長円形ボス35があり、フレームホルダアーム7をアーム支持体8に取り付けるための手段が確実に気密貫通できるようにする。また、ボス35は、アーム7がアーム支持体8に締め付けられたときのストラット14の機械的強度を確保して、キャビティ24が破損するのを防ぐ。
In each cavity there are two oval bosses 35 to ensure that the means for attaching the
図4では、2つのストラット14a、14bが互いに平行に位置決めされていないが、これらは支持体8の対称面に対して角度αだけ分岐していることがわかる。この角度αは、フレームホルダアーム7の2つの側方フランジがなす角度に相当する。2つの側方フランジは、複合材料製の部品の製造時に脱型する必要性を満たすように分岐形状を有する。対応する逃げ角αは、一般的には、7°未満、好ましくは、約3°である。
In FIG. 4, the two
この逃げ角が存在するということは、フレームホルダアーム7の側方壁で形成されるV字内へのアーム支持体の相対位置決めが予め設定されるということである。それは、その相対位置が、アーム7内のアーム支持体8の当接位置に対応するからである。しかしながら、CMC内に孔34を開けるときの許容差は、アーム支持体8に取り付けるためのフレームホルダアームの側方壁内に作られる孔34が予めアーム支持体のストラット内に作られた孔に正確に対向するようにするには大きすぎる。この不正確さを考慮するために、アーム7を取り付けるための孔のボス35は、エンジン軸の方向に、長い側がアーム7のV字の底部に向かって配向された長円形であり、ボスは、組立時に、支持ストラットの座ぐりが、フレームホルダアーム7の側方壁に作られた孔34に対向して形成されるような十分な材料で作られる。
The presence of this clearance angle means that the relative positioning of the arm support within the V shape formed by the side wall of the
図5について説明する。図5は、複合材料製の一体型構造の形状のフレームホルダアーム7を示す。フレームホルダアーム7は、好ましくは、特に高温に強く、金属に比べてあまり重くないセラミックマトリックス複合材料(CMC)製である。一例として、構造物は、液相または気相で、セラミックマトリックスを含浸させた、特に、炭化ケイ素または炭素の繊維プレフォームで作られる。
FIG. 5 will be described. FIG. 5 shows the
フレームホルダアーム7は、断面が略V字形状のスロート部を画定するように長手方向側で連結される2枚のほぼ対称な壁28a、28bを備える。上述したように、これらの2枚の壁は、互いに対して角度αで分岐する。これらの2枚の壁は、主流の軸内にあって主流の流れを促進するように傾斜した脚部を形成するために、内側端で、すなわち、ガス流の中心に向けられた端部で連結する。その他端では、各々の壁28a、28bは、スプレーリング6を挿入するための切欠部を備え、この切欠部は、組立後、中間プレート20と位置合わせされ、さらに底部プレート16の支承面22、23a、23bと位置合わせされる。壁はさらに、上部、つまり切欠部上方のバイパス流に位置する部分のために、外側ハウジング2の方向に張り出しており、アーム支持体8を囲撓する。
The
壁の各々の上部31a、31bは、ほぼ平面で、互いに対向して位置決めされる。さらにこれらの上部はそれぞれ3つの孔が開けられ、2つの孔34はアーム7をアーム支持体8に取り付けるのに使用され、3つ目の孔は、対応するキャビティ24aまたは24bに空気を供給するために、アーム支持体8のストラットの一方の圧力タップ孔26a、26bまたは封止リング27と位置合わせされる。
The
図5はさらに、通気管19と燃料噴射器13とを示している。通気管19は、底部で、案内シュー29に取り付けられ、(この案内シューには噴射器13が取り付けられる)、支持体の底部プレートの円筒状通路内に含まれる球状のセンタリング要素によって上部に案内される。最後に、図5は、熱シールド30を示している。熱シールド30は、フレームホルダアーム7の形状を再現したもので、燃料噴射器13および通気管19をアフターバーナの炎の放射から保護し、ひいては、噴射器内のコーキングの現象を防ぐために、フレームホルダアーム7に挿入される。
FIG. 5 further shows the
図6は、アーム支持体8に装着されたフレームホルダアーム7を示す。アセンブリは、壁28a、28bの上部31a、31b内に作られた2つの孔34a、34bに通すことでアーム7に通し、ストラット14a、14bのボス35a、35b内に作られた座ぐりに通すアーム支持体8に通す4つのボルト32によって定位置で保持される。バックプレートは、知られている方法で各ねじの頭部とアーム7の対応する壁との間に順番に位置決めされて、ボルトが締められたときにクランプ力を分散し、圧縮状態のCMC材料を保護する。また、ねじの頭部とバックプレートとの間に挿入されるのは、弾性ワッシャである。弾性ワッシャは、高温時および低温時に、アーム7とボルト32とに膨張差があっても締め付けによる気密性を保持する。
FIG. 6 shows the
噴射器13は、フレームホルダアーム7内部に位置決めされ、その上部に、外側ハウジング2に噴射器を取り付けるように設計されたプレートを備える。このプレートは、ねじ本体を通す2つの開口穿孔を備える。ねじの頭部は、アーム支持体8の上部プレート9内に作られた孔12に配置され、ねじによって噴射器13の頭部が外側ハウジング2に締め付けられる。
The
図7は、アフターバーナ付きバイパスターボジェットの後続部分内で、定位置にあるフレームホルダアーム7のアセンブリおよびアーム支持体8のアセンブリを示す。スプレーリング6は、フレームホルダアーム7内に作られた切欠部に位置決めされ、一方は中間プレート20、他方は支承面23a、23bおよび底部プレート16の穿孔22の上部アーム支持体8に載置される。
FIG. 7 shows the assembly of the
欧州特許第1803999号明細書に示されている先行技術のフレームホルダ装置と比較すると、本発明は以下の利点を有する:
ストラット14a、14bの中空キャビティ24a、24bおよび上部プレート9のキャビティ25は、圧力タップポイント26a、26bにおいて、バイパス流からタッピングされた空気のための静穏化チャンバを形成する。上部キャビティ25を出るときのこの空気の圧力は、フレームホルダにおけるバイパス流の静圧にちょうど一致し、アフターバーナ調整システムによって使用される、
フレームホルダアーム7は、フレームホルダアームのV字の底部でのアーム支持体の当接部に対応する定位置でアーム支持体8に載置される。アーム支持体のストラットの座ぐりは2つの部品がこの位置にあるときに開けられるので、2つの部品の相対位置決めに関係するプレストレスなしに、2つの部品はボルト32によって接続される、
フレームホルダアーム7に加えられる力は、金属部品のみで外側ハウジング2に伝達され、このことが複合材料製の部品を損傷するリスクをなくす、
アーム7の製造とアーム支持体8の製造とは平行して行われ、アーム支持体8のストラット内に座ぐりが作られるときにのみ組み合わされる、
アーム7の形状は単純にされ、このことで、製造しやすくなる、
上部プレート9の内面は遮るものがなくなり、アーム7のフランジと接触しなくなる。したがって、上部プレートを取り付けるための4つの穴10(2つでなく)を位置決めすることができ、ひいては、上部プレートを外側ハウジング2によりしっかりと取り付けることができる、
アーム7は、アーム支持体8から取り外すことができ、このことで、これらを分解して、例えば、これらの部品の一方のろう付け接合部を壊さずに、通気管19を交換することができる。
Compared to the prior art frame holder device shown in EP 1803999, the present invention has the following advantages:
The
The
The force applied to the
The manufacture of the
The shape of the
The inner surface of the
The
本発明を1つの特定の実施形態に関して説明してきたが、本発明は、全くこれに制限されないということ、また記載した手段の技術的等価物の全てを含むことは明らかである。 While the invention has been described in terms of one particular embodiment, it is evident that the invention is not limited in any way and includes all technical equivalents of the means described.
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